专利名称：通过非接触感测确定轮胎几何尺寸的设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种通过非接触感测来确定轮胎、特别是轮胎的内表面和/或轮胎缘 的几何尺寸的方法和设备。此外，本发明涉及一种用于确定轮胎的几何尺寸的设备。
背景技术：
EP 1995083中已知一种接收车轮的设备，其中车轮包括轮缘和轮胎。轮胎可以通 过安装或拆卸工具安装至轮缘或从轮缘上拆卸下来。提供用于感测轮缘的径向外表面的传 感装置。这确保在拆卸操作中拆卸工具与轮缘表面保持给定的间距。由此，防止拆卸工具 对轮缘表面造成损伤。DE 2333200示出一种使用X射线检测轮胎的设备。为了进行对轮胎的检测，轮胎 需要被充气。已充气的轮胎的调整是困难的。

发明内容
本发明的问题是提供如本说明书开头部分所述类型的方法和设备，通过该方法和 设备能可靠地确定轮胎、特别是轮胎的内表面和/或轮胎缘的几何尺寸，并且特别地感测 轮胎缘。这是通过根据上述类型的方法来实现的，其中，轮胎被接收在接收装置中，其中至 少一个光束被发射至轮胎表面的周边区域上，特别是发射至所述轮胎的内表面和/或轮胎 缘上，其中检测在照射区域处反射的光束，并且评估发射光束和反射光束的方向以确定所 述轮胎上的各个照射区域的形状和/或位置。根据本发明，以非接触的方式感测轮胎表面， 以确定轮胎表面、特别是轮胎的内表面和/或轮胎缘的几何尺寸。优选使用的光学系统是 基于光学激光三角原理，后文也称为三角形法。由此，提供具有诸如激光源的光源的传感装 置。光束被发射至轮胎的表面上，特别是轮胎的内表面上。光束在平面内移动并且在多个 照射点处与轮胎的内表面相交，在轮胎表面上形成照射区域。反射光束将被检测器检测，检 测器例如是CCD装置或CMOS装置。可以基于发射光束和反射光束的方向来确定在轮胎表 面处被感测的各个照射点的间隔和位置。通过所说明的方法，可以以非接触的方式感测轮 胎表面。在使用相应的拆卸工具将轮胎从轮缘上拆卸下来之后，进行该方法。通过该方法 可以检查轮胎内表面和轮胎缘，并且可以检测轮胎的重要部件特别是轮胎缘上的损伤。轮 胎缘用于固定地将轮胎保持至轮缘。使用超高性能(UHP)轮胎或安全轮胎进行这种检查是 必要且重要的，因为这些轮胎的刚度和尺寸使得安装这些轮胎是困难的。在改换到夏季轮 胎或冬季轮胎时可以进行确定几何尺寸的方法。检查轮胎表面的周边区域，即周向地感测 轮胎表面。光束在平面内移动，并且在多个照射点处与轮胎的内表面相交，在轮胎的表面上 形成照射区域。作为在平面内移动的光束的替代方案，发射光束是平面光束，其在轮胎表面 上的条形照射区域内被反射。平面光束被发射到轮胎表面上并且沿着条形照射区域在多个 照射点处与轮缘表面相交。
优选地，至少一个光束被引导至轮胎表面，轮胎绕固定的轴线旋转且/或至少一 个光束沿着轮胎表面的周边区域旋转。轮胎旋转经过360°以周向地感测轮胎表面且发射 光束的光源固定，或者轮胎固定且发射光束的光源(例如传感装置)旋转经过360° (即沿 着轮胎的周边区域)，以周向地感测轮胎表面。替代地，轮胎和发射光束的光源可以是可旋 转的。根据一种实施方式，轮胎和/或发射的光束的旋转角度被检测。旋转角度传感器 的相应的旋转角度信号被发送至评估装置，来自传感装置的感测电信号也被发送至评估装 置。评估装置通过计算机辅助来评估感测的信号和旋转角度信号，并且确定轮胎的表面相 对于关于轮胎和/或传感装置的旋转轴线固定的参照物的空间定位。优选地，至少一个光束从一个或多个给定的位置发射至轮胎表面。可以通过三角 形法基于发射光束和反射光束的方向来确定轮胎表面处被感测的各个照射点的间隔和位 置。通过至少一个光束至少可以感测轮胎的轮胎缘。轮胎缘用于将轮胎固定地保持至 轮缘。因此，轮胎缘的检查是必要的。替代地或额外地，通过至少一个光束至少感测轮胎的内表面。可以容易地检测轮 胎的内表面上可能影响安全性的膨胀和/或凹陷。此外，本发明涉及一种用于确定轮胎的几何尺寸的设备，该设备包括用于感测轮 胎表面、特别是轮胎的内表面和/或轮胎缘的至少一个传感装置，传感装置提供感测电信 号，该设备还包括用于对由至少一个传感装置提供的感测电信号进行评估的计算机辅助的 评估装置，其中，至少一个传感装置具有至少一个光源，至少一个光源至少从给定的位置且 至少在给定的方向上将光束发射至轮胎表面上，特别是轮胎的内表面和/或轮胎缘上，其 中，提供至少一个检测器，所述检测器检测被轮胎表面反射的光束的方向，其中，评估装置 适于根据发射光束和反射光束的方向确定由光束感测的轮胎表面上的位置的定位，且其中 提供用于使轮胎绕其轴线旋转的装置或用于使发射光束绕轮胎的轴线旋转的装置。关于优 点，请参照上述说明。在旋转轮胎和/或至少一个传感装置时可以周向地感测轮胎的内表 面。为了旋转轮胎和/或至少一个传感装置，提供相应的装置。根据一种实施方式，提供具有至少一个光源的两个传感装置以及至少一个检测器 以感测轮胎表面。传感装置被布置为感测轮胎的整个内表面和/或整个轮胎缘。在旋转轮胎和/或至少一个传感装置时，可以周向地感测轮胎的内表面。发射的光束例如是平面光束，其在轮胎表面上的条形照射区域内被反射。替代地， 光束在平面内移动并且在多个照射点处与轮胎的内表面相交，在轮胎表面上形成照射区 域。可以设置接收轮胎的接收装置，接收装置包括三个滚子，每个滚子能够绕轴旋转。 轮胎可旋转地保持在接收装置中。在轮胎的旋转过程中感测轮胎表面。根据优选的实施方式，提供至少一个驱动装置，至少一个驱动装置驱动一个滚子。 有动力的滚子使得轮胎旋转。优选地，一个滚子可移除以使得能够装入轮胎。特别地，可移除的滚子从与接收在 接收装置中的轮胎的支承表面接合的初始位置枢转或摆动至使得轮胎能够从接收装置拆 卸并/或将新的轮胎装入接收装置中的位置。
评估装置适于通过三角形法根据光源发射的光束和在轮胎表面处被反射的光束 的方向确定在轮胎表面上被感测的各个位置的定位。来自传感装置的信号以及来自旋转角 度传感器的信号(如果有的话)被发送至评估装置。评估装置通过计算机的辅助评估感测 的信号。优选地，提供旋转角度传感器，其感测轮胎和/或至少一个传感装置的各个旋转 角度定位并且将相应的电信号发送至评估装置。旋转角度传感器检测轮胎和/或传感装置 的旋转。旋转角度传感器的相应的旋转角度信号被发送至评估装置，传感装置的感测电信 号也被发送至评估装置。评估装置通过计算机辅助评估感测的信号和旋转角度信号，并且 确定轮胎的表面相对于关于轮胎和/或至少一个传感装置的旋转轴线固定的参照物的空 间定位。至少一个传感装置的光源和至少一个传感装置的检测器可以同步地绕共同的轴 线枢转，并且与各个枢转角度成比例的电信号可以被发送至评估装置，以在平面内发射单 个光束。替代地，至少一个传感装置的至少一个光源和至少一个传感装置的检测器固定地 定位，其中发射的光束是平面的或片状光束。优选地，控制装置连接至评估装置，控制装置将感测的值与设定值进行比较。设定 值可以存储在存储装置中，或者可以由操作者输入。设定值针对多种类型的轮胎，轮胎的内 表面的设定轮廓。将感测的值与设定值进行比较，如果感测的值与设定值差别很大，可以向 操作者发送信号，表示被感测的轮胎不满足设定值并且不应当被安装至轮缘。


下面将参照附图、通过作为例子的实施方式更具体地说明本发明。附图中图1示出了本发明的第一实施方式，其中根据本发明的设备包括轮胎和一个传感 装置；且图2示出了本发明的第二实施方式，其中根据本发明的设备包括轮胎和两个传感
直ο
具体实施例方式示出的实施方式包括接收装置10，轮胎12能够定位在接收装置10中。轮胎接收 装置10包括三个滚子14。每个滚子14能够绕轴16枢转。在轮胎12被接收在接收装置 10中的位置，滚子14与轮胎12的支承表面18接合(见图1和图2)。滚子14中的一个由 驱动装置20驱动，图1和图2中示意性地示出了驱动装置20。驱动装置20驱动滚子14， 并且由于滚子14与轮胎12的支承表面18接合而驱使轮胎12绕轴线A旋转。根据附图所 示的实施方式，被驱动装置20驱动的滚子14是布置在被接收的轮胎12的右下方的滚子， 其中针对方向的说明适应于附图所示的实施方式。因此，针对方向的说明不限制本发明的 保护范围。滚子14中的一个可以移除以使得能够拆卸和装入轮胎12。特别地，其中一个滚子 14可以从与接收在接收装置10中的轮胎12的支承表面18接合的初始位置枢转或摆动至 使得轮胎12能够从接收装置10拆卸并将新的轮胎12装入接收装置10中的位置。在将轮胎12装入接收装置之后，将可移除的滚子14枢转或摆动至附图所示的初始位置，使得滚子 14接合轮胎12的支承表面18。在该位置下，每个滚子14均接合轮胎12的支承表面18。 然后，可以进行轮胎12的几何尺寸的确定。根据所示的实施方式，布置在其他滚子14上方 的滚子14是可以移除的滚子。根据第一实施方式，设置一个能够对轮胎12 (特别是轮胎12的内表面23和轮胎 缘24)执行非接触(特别是光学)感测的传感装置22。另外，可以感测轮胎12的几何尺 寸。感测轮胎12的内表面23和轮胎缘M的传感装置22定位在轮胎12的径向路径R上， 并且能够沿着径向路径R移动以对具有不同截面宽度的轮胎进行感测。如后文将说明，这种非接触感测的原理是三角形法。传感装置22具有光源沈(例 如激光源)，光源包括图形发生器(例如由柱面透镜制成的光线发生器)，光源通过图形发 生器在一个或多个给定的方向上将片光状的平面光束发射到轮胎12的表面、特别是轮胎 12的内表面23或轮胎缘M上，并且在多个照射点处与轮胎12的内表面23或轮胎缘M相 交，在轮胎12的表面上形成条状的照射区域。照射点既属于被照射表面，又属于片光。在 每个这种照射点处，光束被散射成多条反射光线或光束。接着，光敏检测器观(示意性地示出)将检测到至少多条反射光束，光敏检测器 观例如面图像传感器，可以是C⑶装置或优选地是CMOS装置。反射光束通过透镜(未示 出)，例如可与光学带通滤波器相关联的单个玻璃凸透镜，汇聚至投射在光敏检测器观的 焦平面上的一点，然后被检测。为了增加测量的精度，每个投射点的位置优选地通过子像素 分辨率而非通过物理像素分辨率来确定。该确定可以通过几种公知的检测技术来实现，例 如高斯近似法、质心算法、或抛物线估计。通过利用逆变换进行校正来限定以国际单位制 (Si)中的长度单位表示的照射点在三维坐标系中的位置与优选地以子像素表示的相应的 投射点在二维坐标系中的位置之间的关系。可以通过使用基于几何相机模型方法的所谓的 基于模型的校正或者通过使用基于诸如三次样条插值的多项式插值的直接或黑箱校正来 执行校正。然后可以基于发射和反射的光束的方向来确定在轮胎处所感测的各个照射点的 间隔以及位置。应当注意，可以考虑kheimpflug原理来设计光学传感装置22的几何光学 设置，以避免在不同距离处的过度散焦，并且可以执行背景消减以减少系统对环境光的敏 感度。此外，可以通过系统来控制光敏检测器28的光功率和曝光时间，以实现对所有环境 状况(例如日光、人造光、发光的镀铬表面和暗的尘土表面)的准确测量。作为使用片光状的平面光束的替代方案，光束可以是在平面内移动的光束。该光 束在多个照射点处与轮胎12的表面相交，从而在轮胎12的表面上形成照射区域。传感装置22的信号被发送至评估装置32 (示意性地示出)，评估装置32对接收到 的信号进行评估。在操作中，轮胎12被装入接收装置10中。滚子14与轮胎12的外表面(即支承 表面18)接合。传感装置22被定位为使得其能够感测轮胎12的内表面23和轮胎12的轮 胎缘M，例如在沿着径向路径R移动时其适应于当前的轮胎的截面宽度。然后，驱动装置 20驱动一个滚子14。因此轮胎12绕转动轴线A转动。不受驱动装置20驱动的滚子14旋 转，这减少轮胎12的支承表面18与滚子14之间的摩擦。当轮胎12绕转动轴线A旋转至 少360°时，在水平平面内确定轮胎12的形状以及轮胎12相对于关于机器固定的参照物 (例如关于轮胎12绕着旋转的轴线A)的空间定位。
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此外，可以设置旋转角度传感器33 (示意性地示出)以确定各个旋转角度。相应 的旋转角度信号被发送至评估装置32(示意性地示出)，来自传感装置22的感测电信号也 被发送至评估装置。评估装置32在计算机辅助下评估感测信号和旋转角度信号，并且如已 进行过说明的那样确定轮胎12的表面相对于关于轮胎12的旋转轴线A固定的参照物的空 间位置。将感测的值与设定值进行比较以确定轮胎12的内表面23和轮胎缘M的状况。为 此，控制装置34 (示意性地示出)连接至评估装置32和存储装置36 (示意性地示出)，存储 装置36例如是数据库的形式，其中存储有多种类型轮胎的轮胎缘M和/或内表面23的设 定轮廓。控制装置34将感测的值与存储装置36中的设定值进行比较。如果感测的值与设 定值差别很大，则操作者收到信号表示感测的轮胎12不满足设定值因此不应当被安装到 轮缘上。在感测轮胎12之后，将一个滚子14移除、特别是将一个滚子14从与接收在接收 装置10中的轮胎12的支承表面18接合的初始位置枢转或摆动至使得轮胎12能够从接收 装置10拆卸并将新的轮胎12装入接收装置10中的位置。在移除滚子14之后，可以容易 地将轮胎12从接收装置10中取出。然后，将新的轮胎12装入接收装置10中，将可移除的 滚子14枢转或摆动至与轮胎12接合的初始位置，并且可以再次开始确定轮胎的几何尺寸。替代地，轮胎12可以被固定地定位并且传感装置22是可旋转的以感测轮胎12的 整个内表面。在图2中示出了确定轮胎的几何尺寸的方法和设备的第二实施方式。第二实施方 式与第一实施方式的区别在于设置有第二传感装置38。第一传感装置22和第二传感装置 38相对于轮胎层偏置并且相对于轮胎层倾斜，使得每个传感装置能够感测轮胎12的内表 面23的相对部分。因为传感装置22倾斜地定位，所以能够感测轮胎12的内表面23。
权利要求
1.一种通过非接触感测来确定轮胎、特别是轮胎的内表面和/或轮胎缘的几何尺寸的 方法，其中，将轮胎(12)接收在接收装置(10)中，将至少一个光束发射至轮胎表面(23，24)的周边区域上，特别是发射至所述轮胎(12) 的内表面(23)和/或轮胎缘(24)上，检测在照射区域处反射的光束，并且评估发射光束和反射光束的方向以确定所述轮胎 (12)上的各个照射区域的形状和/或位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，发射光束是平面光束，所述平面光束在所述轮胎 表面(23，24)上的条状照射区域内反射。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，将至少一个光束引导至所述轮胎表面(23， 24)上，所述轮胎(12)绕轴线(A)旋转且/或所述至少一个光束沿着所述轮胎表面(23，24) 的周边区域旋转。
4.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中，将至少一个光束从一个或多个 给定的位置发射至所述轮胎表面(23，24)上。
5.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中，通过所述至少一个光束至少感 测所述轮胎(12)的轮胎缘(24)。
6.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中，通过所述至少一个光束至少感 测所述轮胎(12)的内表面(23)。
7.一种用于确定轮胎的几何尺寸的设备，包括至少一个传感装置(22)，其用于感测轮胎表面(23，24)，特别是轮胎(12)的内表面 (23)和/或轮胎缘(24)，所述传感装置(22)提供感测电信号，以及计算机辅助的评估装置(32)，其用于评估由所述至少一个传感装置(22)提供的感测 电信号，其中，所述至少一个传感装置(22)具有至少一个光源(26)，所述光源至少从给定的位 置且至少在给定的方向上将光束发射至轮胎表面(23，24)上，特别是发射至所述轮胎(12) 的内表面(23)和/或轮胎缘(24)上，提供用于检测由所述轮胎表面(23，24)反射的光束的方向的至少一个检测器(28)，所述评估装置(32)能够根据发射光束和反射光束的方向确定由所述光束感测的轮胎 表面(23，24)上的位置的定位，且提供用于使所述轮胎(12)绕其轴线旋转的装置(14)或用于使发射光束绕所述轮胎 (12)的轴线旋转的装置。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，提供具有至少一个光源(26)的两个传感装置 (22,38)和至少一个检测器(28)以用于感测所述轮胎表面(23，24)。
9.根据权利要求7或8所述的设备，其中，发射光束是单个光束。
10.根据权利要求7或8所述的设备，其中，发射光束是平面光束。
11.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中，提供用于接收所述轮胎(12) 的接收装置(10)，所述接收装置(10)包括三个滚子(14)，每个滚子(14)能够绕轴(16)旋 转。
12.根据前述权利要求中的任意一项所述的设备，其中，提供至少一个驱动装置(20)，所述至少一个驱动装置(20)驱动所述滚子(14)中的一个。
13.根据前述权利要求中的任意一项所述的设备，其中，所述滚子(14)中的一个能够 移除以使所述轮胎(12)能够装入。
14.根据前述权利要求中的任意一项所述的设备，其中，所述评估装置(32)能够通过 三角形法根据光源(26)发射的光束和轮胎表面(23，24)反射的光束的方向确定在轮胎表 面(23，24)上感测的各个位置的定位。
15.根据前述权利要求中的任意一项所述的设备，其中，提供旋转角度传感器(33)，所 述旋转角度传感器(33)检测轮胎(12)的各个旋转角度定位并且将相应的电信号提供给所 述评估装置(32)。
16.根据前述权利要求中的任意一项所述的设备，其中，控制装置(34)连接至评估装 置(32)，所述控制装置(34)将所感测的值与设定值进行比较。
全文摘要
本发明涉及通过非接触感测确定轮胎几何尺寸的设备和方法。具体而言，一方面，本发明涉及一种通过非接触感测来确定轮胎、特别是轮胎的内表面和/或轮胎缘的几何尺寸的方法，其中，轮胎(12)被接收在接收装置(10)中，至少一个光束被发射至轮胎表面(23，24)的周边区域，特别是轮胎(12)的内表面(23)和/或轮胎缘(24)上，其中检测在照射区域被反射的光束，并且评估发射光束和反射光束的方向以确定轮胎(12)上的各个照射区域的形状和/或位置。另一方面，本发明涉及用于检测轮胎的几何形状的设备，该设备包括至少一个传感装置(22)和计算机辅助的评估装置(32)，其中评估装置(32)适于根据发射光束和反射光束的方向确定由光束感测的轮胎表面(23，24)上的位置的定位。
文档编号G01B11/24GK102139608SQ20101055751
公开日2011年8月3日 申请日期2010年11月22日 优先权日2010年1月29日
发明者P·索特吉乌 申请人:施耐宝仪器股份有限公司